我廠一些節能減排的辦法

胡黨鵬

(中海石油化學股份有限公司,海南東方 572600)

0 引 言

中海石油化學股份有限公司化肥二部年產450 kt合成氨裝置是由美國 KBR公司(Kellogg &Brown Root公司)總承包,采用 KBR公司的深冷凈化技術(簡稱 KBR工藝)設計而成,具有貧氣利用、節能及運行穩定等特點。為響應國家節能減排的號召,我單位采取了一些節能減排的措施,現將我們的經驗介紹如下。

1 精心操作,加強巡檢,確保長周期安全生產

安全生產是石化企業效益最根本的保障。在激烈的市場競爭中,我們無法控制尿素價格和原材料等很多生產資料不確定的市場因素,但保證生產安全穩定,卻是可以通過我們的努力來實現的。隨著國家對企業安全生產、節能減排、環境保護的重視,以及標準更趨嚴格規范,安全環保和生產穩定工作必將作為企業發展的基礎,我們始終將安全穩定長周期生產放在全局工作中首要的、突出的位置。積極推行和實施 HSE管理體系,員工簽訂了《QHSE責任書》,將安全工作落到每個人的身上,進一步激發全員落實安全環保責任制的積極性。

裝置的安全長周期運行,要有兩個方面的保證,其一是工藝操作的穩定;其二是設備運行的平穩,而二者相輔相成,互為條件。首先,在工藝操作穩定的情況下,設備不容易損壞,設備平穩運轉,同時也保證了生產的長周期。公司對員工培訓方面很重視,利用講課,寫總結等培訓都會使員工精心操作、精心維護、精心巡檢,重視一伸手,杜絕誤操作,減少操作中給裝置帶來的危害。公司上了 ERP、電子巡檢系統、systeml等先進的監控手段對設備運行狀況進行分析,對催化劑做定期評估,通過管理軟件定時對裝備進行預防性維護保養,可以將事故發現在萌芽狀態,降低了設備的事故率。這幾年,每一年都可以完成年初定的“一個兩百天或者兩個一百天”的長周期任務,這些成績的取得,大大降低了系統的噸氨能耗。

2 協調好天然氣的供應,確保天然氣品質穩定

化肥二部是利用“東方1-1”海上平臺所產天然氣進行加工的。海上平臺的天然氣經過海底管道登陸以后要經過終端簡單分離再進入化肥二部界區;另一股是新增設的管線,經過終端的脫碳裝置后的高甲烷天然氣一部分進入合成裝置界區作為原料氣,主要的作用是用來調整天然氣的組分。由于影響天然氣組分的因素有天氣環境、海上平臺、終端等諸多因素,天然氣經過的管線連接得越多帶來的不確定因素就越多,加之終端距合成裝置距離很短,緩沖的機會幾乎沒有,所以給天然氣的利用帶來一定的難度。這樣給合成氨裝置運行帶來極大的影響,嚴重時將使裝置跳車,2004年跳車7次,其中4次都是因天然氣組分波動引起的跳車。針對這一狀況,化肥二部出臺了天然氣組分波動調整預案,終端與合成氨配合處理以避免跳車。凡是遇到大的天然氣波動,均要求終端派工程師到合成氨裝置主控室,根據合成氨對天然氣組分及壓力的要求通知終端協助調整;合成氨當班操作人員做好事故預想,避免因天然氣組分波動迫使合成氨裝置停車。通過幾年的摸索和積累經驗,因天然氣組分波動造成的跳車明顯下降,2006年因天然氣組分波動跳車一次,此后直到發稿時沒有因天然氣組分波動再跳過車。

3 消除現場各類跑冒滴漏

一定要重視裝置的跑冒滴漏,做好此項工作,不但為安全方面排除隱患,而且為節能方面作出貢獻。我們化肥二部開展“放心班組”活動,對于及時發現跑冒滴漏的給予獎勵,很大程度上激發了員工消除跑冒滴漏的主觀能動性。

4 盡量關小IGV閥,降低101-JGT負荷

根據排氣溫度的設定及保護,調節進氣導葉的角度從而控制壓氣機的氣量,再進一步控制負荷和排氣溫度。在燃氣輪機的排氣擴壓段,一圈有12個測溫熱電偶,用于測量排氣溫度。通過關小IGV閥(IGV最低限位56%),可減少參與燃燒的摻混空氣量,控制透平的排氣溫度在高值(即與基本負荷時一致),使透平熱效率得到提高。至于燃氣輪機排氣溫度,則因透平(含動葉、復環、輪盤等)冷卻匯入煙氣流空氣量的減小而得到提高,進而使下游的朗肯循環效率得到提高。在燃空比和一段爐氧含量能滿足的情況下,盡量關小IGV提高排氣溫度,降低燃氣透平的負荷,可最大限度地提高乏氣的溫度,以利于將熱量傳遞給一段爐,降低天然氣的消耗。

5 合成氨裝置101JGT乏氣關閉課題

在2010年10月份的檢修中,發現101BCS2盤管翅片脫落,換熱效果變差,導致高壓蒸汽的溫度提不起來,TIC1005廠控指標為495～515℃,現在基本上都是在497℃以下運行;高壓蒸汽溫度提不起來,TIC1005都沒有開過,沒有起到噴水降溫的效果,也產不了更多的蒸汽。

為了維持高壓蒸汽的溫度,我們采取的措施是關小PIC1855,提高101BCS1的出口溫度,從而提高高壓蒸汽溫度。關小PIC1855的弊端如下。

(1)乏氣(TI1301430℃)是燃氣透平過來的,與一段爐過來的煙道氣(TI1324B 557℃)混合,用于一段爐對流段盤管的換熱,關小PIC1855起不到降溫的作用(工藝流程如圖1),造成101BCF原料氣盤管溫度升高,在日常操作中當 TIC1305達廠控的最高值時(廠控指標365～385℃),TIC1305閥已經全開?，F在已經將 TIC1305的設定改到 395℃,閥門開度為80%左右。

(2)關小PIC1855,煙氣沒有得到乏氣的有效降溫,到101BCA1空氣盤管的熱量更多,造成冷空氣盤管溫度增加,TIC1312廠控指標495～515℃,現在已經放寬到525℃了。不過冷空氣盤管有個旁路,一般用開大冷空氣盤管旁路的方法來解決此問題。TI1321報警值原為425℃,現在已經達到了435℃。

公司決定將更換一組材質等級比較高的101BC2盤管,開大 PIC1855,則一段爐的煙氣溫度降低,這樣一來就可以解決 101BCF和101BCS1這個兩個矛盾;也可以使對流段最后一組鍋爐給水盤管熱量增加,多產蒸汽。這樣一來,PIC1021也可以關閉,問題迎刃而解。

圖1 工藝流程圖

6 關閉102J的防喘振閥

正常生產期間,機組的防喘振閥處于關閉狀態,以減少蒸汽消耗。海上平臺天然氣和供應終端受自然條件以及多裝置天然氣管線連接較多的影響,加之各管線的天然氣組分不一樣,牽扯配氣問題等等,天然氣供應不穩定經常造成壓力波動。在正常生產中,一般將防喘振閥打開12%左右,防喘裕度比較高,以減少跳車的風險。但這樣一來,蒸汽耗量增加,噸氨能耗增加。根據實際情況,如果海上平臺和終端出現問題,首先打電話過來,可以提前調整,決定將防喘振閥逐漸關小直到關閉。

7 盡量提高PIC1041給定壓力

若進界區的天然氣壓力條件允許,盡量提高PIC1041的給定壓力,到2.85～2.88 MPa操作。

PIC1041為天然氣進界區的閥門,此閥壓力的提高等于直接提高了原料氣壓縮機的入口壓力,在出口壓力不變的情況下,原料氣壓縮機的轉速降低,可以節省中壓蒸汽。

8 一、二段爐及合成回路的優化調整

針對當前天然氣中N2含量較高的狀況,可提高一段爐出口溫度到735℃左右,降二段爐的空碳比到1.30以下。在滿足出口微量要求的情況下,減少合成回路弛放氣量以提高氨產量。

由終端送過來的天然氣組分為CH461.5%、CO225%、N215%,里面含有相當多的氮氣,結合本裝置的特點,可以提高一段爐的負荷多轉化甲烷,而減輕二段轉化的壓力減少其加空氣的量,使系統少帶進氮氣,且在二段爐里也少消耗氫氣來燃燒氧氣。帶進系統中的氮氣少了,在冷箱中放出來的廢氣也就少了,減少了冷箱廢氣夾帶氫氣。氬氣等惰性氣體也都是由空氣帶到系統中的,氬氣在冷箱中不能完全出去,進入到合成回路,合成回路的氬氣多了以后,勢必要加大弛放量來維持合成回路的良好合成率;弛放氣量的增大,噸氨能耗增加。

9 工藝空氣放空的改造

化肥二部工藝空氣壓縮機為燃氣透平驅動。防喘振/壓力調節閥PV1050(12″)一直處于15%小開度放空狀態。PV1050是快開慢關閥,調節較滯后,易造成二段爐入口空氣流量頻繁波動,不利于裝置的穩定運行,另外,PV1050長期小開度放空對調節閥的磨損沖蝕較大,閥位的頻繁波動也造成調節閥控制附件使用壽命縮短。鑒于PV1050始終處在小開度不穩定放空的情況,提出給工藝空氣PV1050(2.5″)管線上增加一條旁路,安裝一臺調節閥PV1050A進行放空的解決方案。如圖1。PV1050A的流通量為15 000 kg/h,為氣關閥,正常生產時保持關閉,空氣通過PV1050A放空一般控制在20%左右。這樣一來,可以解決閥位波動造成二段爐空氣流量波動問題,也可以減少放空造成的損失,可以降低空氣壓縮機的負荷,從而也節省了燃氣。

10 112C雙系列改造和溶液管理

110C和112C是脫碳系統中重要的設備(如圖2),是整個脫碳系統熱量互換和分配的機構,因脫碳的吸收和再生效果直接受到溫度的影響,所以110C和112C工況的好壞直接影響到脫碳系統在整個合成氨裝置中的表現。112C為半貧液-貧液板式換熱器,屬于波紋板式換熱器,采用非對稱板片。它的特征是,在每一板片上有兩種不同的板紋角度,板片上的波紋可以是鈍角或銳角,換熱器設計成非對稱流形式,以獲得更大的傳熱效率,更好地節約資源。

2006年2月份裝置大修,經過解體檢查,發現112C兩側結垢十分嚴重,整個板面幾乎全部被垢層所掩蓋,這對于只有0.5 mm厚的板片來說,大大降低了它的傳熱系數,導致換熱效果不好。

圖2 脫碳系統流程簡圖

經過研究,公司同意脫碳換熱器112C作雙系列改造,這樣可以隨時進行切換清洗,確保112C始終處于一個良好的工作狀態。這樣也形成了一個良性循環,換熱器換熱效果好,有利于吸收,降低了吸收塔出口CO2含量,減少了甲烷化氫氣的消耗,降低了噸氨能耗;吸收塔出口CO2含量低,可以降低脫碳溶液的循環量,節省了蒸汽,減少了大循環量和高流速對設備和管道的沖刷,同時也降低了消泡劑的加入量。

加強脫碳溶液的管理工作,使溶液品質在優良狀態。脫碳溶液的管理工作是一項細致耐心的工作,如果粗枝大葉,當時可能反映不出來,久而久之,溶液的吸收和再生就會出現問題,脫碳出口微量變高,CO2中氫含量高等問題就會出現。

以上經常在脫碳溶液中發生的兩種問題會都造成121-D吸收塔出口CO2含量高;由此消耗大量寶貴氨合成原料——氫。在甲烷化爐里燃燒CO和CO2;造成甲烷化爐溫度高、出口甲烷濃度高、一段爐廢氣熱值增加主燃料氣消耗降低、系統噸氨能耗增加。一段爐增加的負荷,在轉化、變換、甲烷化反應后,又作為燃料氣(廢氣)返回到一段爐燃燒系統。

11 冷凍系統105J1能耗高的問題

合成裝置送到氨罐的產品降溫到-33℃,所需冷量由產品液氨蒸發提供,液氨的蒸發量則由氨冷凍升壓機105J1控制。在正常生產中,產品液氨以40℃的溫度送往尿素裝置,只有極少量過剩的才送到氨罐。如果尿素裝置停車,則需要把全部的產品送到氨罐。因此,送往氨罐的液氨量由于工況不同有時相差較大,而液氨的蒸發量也要隨之變化。105J1為電機帶動的壓縮機,其抽取氣氨的量由出口回流閥來調節,即105J1進口氣氨量固定,靠調節出口返回氣氨量的多少來調節蒸發量。如果不需要冷量,則105J1抽走的氣氨全部由出口返回到入口。因此無論什么情況,105J1的電機負荷基本不變,浪費了大量電能,增加了噸氨能耗。在國家節能減排的大背景下,解決此瓶頸問題已勢在必行,公司研究了三個方案。(1)將電機改為變頻的,根據負荷的多少進行調整,因為一般情況下都是只有很少量物料通過105J1,這樣可以省出大量的電能。經過和設計公司的接觸,此方案被否定了,因為造出來的設備龐大,根本沒有足夠大的地方來放置。(2)直接將105J1停下,生產出來的氨產品全部由尿素用掉,不制造冷氨產品,問題就可以迎刃而解。但這種情況下,如果碰到尿素跳車或者我們送到尿素的熱氨泵跳車,就有問題了,105J1沒有運行就不能直接轉為冷氨操作,這時我們須立即將105J1電機啟動,當然這個過程需要時間,149D液氨受槽很快會被裝滿,故最終選擇新建液氨受槽的辦法來解決此問題。經過計算,新建的149D可以滿足系統支持0.5h,這樣就為啟動105J1電機贏得了充裕的時間。(3)我們還可以通過組合式氨冷器、氨分離器、氨閃蒸槽、液氨受槽來儲存一部分液氨,為105J1啟動爭取時間,也可以通過系統減負荷等手段來調整。

12 由于循環水給水溫度和105-J負荷的波動,須嚴格控制PV1109B

127C是常規管殼換熱器,冷介質為循環水,走管程;熱介質為氣氨,走殼程。殼程內冷凝下來的氨流至149D“暖”部分。149D分為兩部分,“暖”部分設計操作溫度為39.5℃,“冷”部分設計操作溫度為0.7℃。149D冷段有一個氨洗滌填料塔,從147D來的小股液氨經頂部噴頭噴淋后與在149D暖段中沒有冷凝的氣氨逆流接觸,洗滌飽和液氨,并將其冷卻至3.3℃。不冷凝氣體在壓力控制器 PIC1109控制下釋放,去124D回收。見圖3。

圖3 氨冷系統流程簡圖

在設計上,PIC1109控制器設定值由功能塊TN1401的輸出設定,TN1401把 TI1401所示的127C出口氨的溫度作為輸入值,并將該溫度下的氨蒸氣壓再加上50 kPa作為輸出值,這樣,當冷卻水溫度和105J負荷變化時,該設定值便會跟著變化,從而節省氨壓縮機105J的功耗,合理控制弛放氣量。PIC1109把不同范圍的信號分送至兩個控制器,0～50%輸出到PV1109A,通過控制到噴射器117L的高壓弛放氣流量將149D不冷凝氣抽出,在124D進行氨回收;當PIC1109的輸出有50%～100%時,第二弛放氣閥PV1109B打開,把不冷凝氣放至氨系統放空。

最初開車時,操作人員將 PIC1109投“串級”操作,隨著循環水給水溫度和105J負荷的變化,由TN1401送到PIC1109的設定也就跟著變化。但是,這樣操作存在一個弊端。由于給定值變化頻繁,PIC1109無法及時調節,造成149D壓力不穩定,對氨壓縮機的負荷影響較大。為了穩定149D壓力,將PIC1109打“自動”操作,給定是穩定的,PIC1109的開度基本穩定。但如此一來,當循環水給水溫度和105J負荷升高時,氨的飽和壓力也將升高,需要人為適當提高PIC1109的設定,否則此閥會開得很大,造成浪費;更加嚴重的是,如果控制壓力低于氨的飽和壓力時,氨在127C就不再冷凝,大量的氣氨到149D冷端冷凝,進入氨冷凍系統,無法冷凝的送入弛放氣系統,造成浪費和氨壓縮機負荷增加。所以必須使PIC1109的控制壓力大于氨的飽和蒸氣壓力,讓氨在127C里冷凝。在循環水給水溫度和105J負荷較低時,因為PIC1109沒有投“串級”,不能由 TN1401輸出PIC1109的設定值,必須人為降低 PIC1109的給定,不讓PV1109A關得太小,使噴射器的抽力減少,造成PIC1107放空打開,造成氨的浪費。

13 減少氣氨排放

提高小冰機入口壓力(即氨罐的壓力給定到3.65 kPa左右),關閉高壓氨閃蒸槽的惰氣排放,減少成品氨的損失。

氨事故冰機2101L曾因氣氨無法冷凝,造成大量氣氨排放,氨火炬火焰高度達2.5 m左右。從2006年和2007年的重點設備評估表中,可以查到氨事故冰機至氨罐的液氨閥門開度7%～8%,當前閥開度在0.8%左右,說明氨事故冰機返回氨罐液氨流量下降;循環水量平均值在23t/h,較設計值(49t/h)偏差26t/h,水冷器結垢嚴重,水量不足,是造成氨無法冷凝的直接原因,從做功來看,現在氨事故冰機有效功率僅為設計功率的15%左右。

通常在大修或者公用工程停循環水的時候,小冰機的水冷器會用消防水來代替循環水冷卻水保持小冰機不停車,消防水的干凈程度遠遠不如循環水,這也是造成小冰機水冷器結垢嚴重的一個重要原因。

經過對氨事故冰機系統進行調試,增加循環水量到40 t/h,在此情況下,放空可以關閉,氨火炬火焰幾乎沒有,由此再次確認是因水冷器換熱效率下降造成氣氨無法冷凝,形成大量氣氨放空。經過2次對氨事故冰機系統的檢修,達到了預期的效果,杜絕了大量的氣氨排放。

14 其他一些措施

(1)控制好高、中、低壓蒸汽管網,確保溫度、壓力在設計范圍,防止除低壓管網外的其他放空打開。

(2)在低壓管網有富余低壓蒸汽的情況下,盡量提高101-U的操作壓力到設計范圍150～170 kPa,提高高壓蒸汽產量,降低中壓蒸汽消耗。

(3)認真控制好α-MDEA溶液的各項指標在設計范圍內,減藥品消耗。

(4)控制好水質指標,及時調整沖程,加強配藥管理和分析,爭取將配藥濃度控制在指標范圍內,減少對沖程的調節,以使水質指標保持穩定。脫碳系統根據分析數據及時補液,防止溶液稀了造成事故,盡量保持在指標范圍內偏高的狀態。

(5)在工藝條件允許的情況下,減少汽包141-D、快鍋 2201-U、低壓汽包 131-C、廢鍋101-C的連排及間排。

(6)調整水夾套的溢流量到最小,減少消耗。水夾套溢流水量的大小常常會被大家忽略,只要有溢流就行,長此以往,浪費就很大了,所以要重視水夾套的溢流問題,最好將溢流調到最小。

(7)精心操作,減少氫氮比及冷箱液位大幅度波動,減少系統波動次數。

(8)開停車期間,在工藝條件允許的情況下盡量減少天然氣放空量。

(9)加強油品管理,減少各類油品消耗。